井间高位岩层联动诱冲机制及防冲方法初探

李一哲^1,2,3，赵善坤^2,3，齐庆新^4,3，潘鹏志⁵，魏向志⁶，李海涛³，王寅^2,3,7

1. 煤炭科学研究总院2. 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院3. 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室4. 煤炭科学研究总院深部开采与冲击地压研究院5. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室6. 河南大有能源股份有限公司7. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院

摘 要：相邻矿井开采过程中相互扰动明显,冲击地压灾害频发。为研究巨厚砾岩和逆冲断层控制作用下,相邻矿井之间的相邻工作面开采互扰诱发冲击机理以及两工作面冲击地压协同防控方法,以义马矿区耿村煤矿13230工作面和千秋煤矿21121工作面为实际工程背景,对13230工作面回采期间地表沉降变化、冲击显现特征和支架压力特征、21121东部缆车下山钻孔应力特征以及井间区域微震事件高度变化特征和地应力特征展开现场实测分析。研究表明,井间相邻工作面非同时期开采形成非对称"T"形覆岩空间结构,井间宽煤柱留设和高位巨厚砾岩条件下,该空间结构发生类似杠杆运动的"撬动"现象,即井间率先采空侧高位岩层下沉运动诱发滞后回采工作面高位岩层整体抬升运动;联动效应对滞后回采工作面垂直应力环境产生扰动且扰动范围有限,13230工作面回采初期垂直应力相对较低,断层活化的高水平应力导致煤体发生典型水平滑移式冲击事故,随13230工作面推进距离增大,水平方向冲击的强度与频度明显降低而垂直方向的冲击占比增加;基于工程实测和室内试验结果,提出井间以阻断高位砂砾互层为核心的弱链增耗防冲方法和采空区高强度充填为核心的吸能稳构防冲方法,实现井间工作面冲击地压的协同防控。随着我国煤矿逐渐转入高强度集约型开采和深部开采,由高位覆岩联动造成的多工作面之间的应力互扰现象将长期存在,旨在弱化覆岩结构体联动效应的防冲方法与技术是未来单一矿井乃至大型矿区大范围多工作面联合防冲的发展趋势。

关键词：冲击地压;巨厚砾岩;杠杆运动;联动效应;吸能稳构;